DE102019202753B3 - Body structure for an electrically powered vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem in der Fahrzeughochrichtung (z) nach fahrzeugunten offenen Montageraum (12) für eine Traktionsbatterie (9), der nach fahrzeugoben durch ein Fahrzeugbodenblechteil (10) begrenzt ist, wobei die Traktionsbatterie (9) von fahrzeugunten in den Montageraum (12) eingesetzt ist, und wobei ein Gehäuseflansch (19) der Traktionsbatterie (9) ein karosserieseitiges Blechprofilteil (10) untergreift und von fahrzeugunten mit dem Blechprofilteil (10) an zumindest einer Schraubstelle (21) verschraubt ist, wobei die Schraubstelle (21) einen in Fahrzeughochrichtung (z) ausgerichteten Schraubbolzen (25) aufweist, der mit Lochspiel durch einen Gehäuseflansch-Durchführungskanal (27) und durch ein Blechprofilteil-Schraubloch geführt ist sowie mit einer Schweißmutter (31) verschraubt ist, die auf der, dem Gehäuseflansch (19) abgewandten Seite des Blechprofilteils (22) aufgeschweißt ist, so dass der Gehäuseflansch (19) zwischen einem Schraubkopf (33) des Schraubbolzens (25) und dem Blechprofilteil (10) festgespannt ist, und wobei im Crashfall die Traktionsbatterie (9) crashbedingt verlagert wird, bis eine Innenwand des Gehäuseflansch-Durchführungskanals (27) den Schraubbolzen (25) gegen einen Öffnungsrand (51) des Blechprofilteil-Schraubloches drückt, und zwar unter Scherbelastung des Schraubbolzens (25). Erfindungsgemäß ist zur Reduzierung der Scherbelastung die Schweißmutter (31) mit einem Schaft (35) verlängert, der zumindest in das Blechprofilteil-Schraubloch einragt. Im Crashfall drückt der Schraubbolzen (25) unter Zwischenlage des Schweißmutter-Schafts (35) gegen den Öffnungsrand (51) des Blechprofilteil-Schraublochs.The invention relates to a body structure for an electrically operated vehicle, with an assembly space (12) for a traction battery (9) which is open in the vehicle vertical direction (z) towards the vehicle and which is bounded by a vehicle floor panel part (10) to the top of the vehicle, the traction battery (9 ) is inserted from below into the assembly space (12), and a housing flange (19) of the traction battery (9) engages under a sheet metal profile part (10) on the body side and is screwed from below to the sheet metal profile part (10) at at least one screw point (21), wherein the screwing point (21) has a screw bolt (25) aligned in the vehicle vertical direction (z), which is guided with clearance through a housing flange lead-through channel (27) and through a sheet metal profile screw hole, and is screwed onto a weld nut (31) the side of the sheet metal profile part (22) facing away from the housing flange (19) is welded on, so that the housing flange (19) is clamped between a screw head (33) of the screw bolt (25) and the sheet metal profile part (10), and in the event of a crash the traction battery (9) is displaced due to a crash until an inner wall of the housing flange duct (27) removes the screw bolt (25 ) presses against an opening edge (51) of the sheet-metal part screw hole, specifically under the shear load of the screw bolt (25). According to the invention, in order to reduce the shear stress, the welding nut (31) is extended with a shank (35) which at least protrudes into the sheet metal part screw hole. In the event of a crash, the screw bolt (25) presses against the opening edge (51) of the sheet metal part screw hole with the welding nut shaft (35) in between.
Description
Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a body structure for an electrically operated vehicle according to the preamble of
Ein elektrisch betriebenes Fahrzeug kann einen in der Fahrzeughochrichtung nach fahrzeugunten offenen Montageraum für eine Traktionsbatterie aufweisen, der nach fahrzeugoben durch ein Fahrzeugbodenblechteil begrenzt ist. In diesem Fall kann die Traktionsbatterie von fahrzeugunten in den Montageraum eingesetzt sein und mit der Karosseriestruktur verschraubt sein. Der Traktionsbatterie-Montageraum kann in der Fahrzeuglängsrichtung durch vordere und hintere Querträger der Karosseriestruktur begrenzt sein sowie in der Fahrzeugquerrichtung durch seitliche Schweller des Fahrzeugs begrenzt sein. Bei einem Crash (von der Seite, in Längsrichtung oder außermittig, das heißt Offsetcrash) kann somit die Traktionsbatterie als ein Schubfeld wirken, mittels dem die Crashenergie von einer crashzugewandten Fahrzeugseite zu einer crashabgewandten Fahrzeugseite weitergeleitet wird.An electrically operated vehicle can have an open mounting space for a traction battery in the vehicle vertical direction, which is bounded by a vehicle floor panel part according to the vehicle. In this case, the traction battery can be inserted into the assembly space from below and screwed to the body structure. The traction battery mounting space can be limited in the vehicle longitudinal direction by front and rear cross members of the body structure and in the vehicle transverse direction by lateral sills of the vehicle. In the event of a crash (from the side, in the longitudinal direction or off-center, that is to say offset crash), the traction battery can thus act as a push field by means of which the crash energy is passed on from a vehicle side facing the crash to a vehicle side facing away from the crash.
In einer gattungsgemäßen Karosseriestruktur untergreift ein Gehäuseflansch der Traktionsbatterie ein karosserieseitiges Blechprofilteil eines seitlichen Schwellers bzw. eines Querträgers der Karosseriestruktur. Der Gehäuseflansch der Traktionsbatterie ist von fahrzeugunten mit dem Blechprofilteil an zumindest einer Schraubstelle verschraubt. Die Schraubstelle weist einen in der Fahrzeughochrichtung ausgerichteten Schraubbolzen auf, der mit Lochspiel durch einen Gehäuseflansch-Durchführungskanal und durch ein Blechprofilteil-Schraubloch geführt ist sowie mit einer Schweißmutter verschraubt ist. Die Schweißmutter ist auf der, dem Gehäuseflansch abgewandten Seite des Blechprofilteils aufgeschweißt. In der Zusammenbaulage ist daher der Traktionsbatterie-Gehäuseflansch zwischen einem Schraubkopf des Schraubbolzens und dem Blechprofilteil festgespannt.In a generic body structure, a housing flange of the traction battery engages under a body-side sheet metal profile part of a side sill or a cross member of the body structure. The housing flange of the traction battery is screwed from the vehicle below to the sheet metal profile part at at least one screw point. The screwing point has a screw bolt oriented in the vertical direction of the vehicle, which is guided with clearance through a housing flange lead-through channel and through a sheet metal part screw hole and is screwed with a weld nut. The weld nut is welded onto the side of the sheet metal profile part facing away from the housing flange. In the assembled position, the traction battery housing flange is therefore clamped between a screw head of the screw bolt and the sheet metal profile part.
Bei einem Crashfall wird die Traktionsbatterie (quer zur Schraubrichtung) crashbedingt verlagert, bis eine Innenwand des Gehäuseflansch-Durchführungskanals unter Aufbrauch des Lochspiels gegen den Schraubbolzen anschlägt und der Schraubbolzen gegen einen Öffnungsrand des Blechprofilteil-Schraubloches drückt, und zwar unter Scherbelastung des Schraubbolzens.In the event of a crash, the traction battery is moved (transversely to the screwing direction) as a result of crashes until an inner wall of the housing flange bushing strikes against the screw bolt using the play of holes and the screw bolt presses against an opening edge of the sheet metal part screw hole, namely under shear stress on the screw bolt.
Das Blechprofilteil ist meist als ein hochfestes Warmumformteil realisiert, so dass deren Beschnittkante im obigen Crashfall wie ein Messer auf den Schraubbolzen wirkt. Von daher besteht das Risiko, dass der Schraubbolzen aufgrund der darauf wirkenden Scherbelastung abgeschert wird.The sheet metal profile part is usually realized as a high-strength hot-formed part, so that its trimmed edge acts like a knife on the screw bolt in the above crash. There is therefore a risk that the bolt will be sheared off due to the shear stress acting on it.
Aus der gattungsbildenden
Aus
Aus
Aus
Aus
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitzustellen, bei der in einfacher Weise eine crashfeste Anbindung der Traktionsbatterie an der Karosseriestruktur ermöglicht ist. The object of the invention is to provide a body structure for an electrically operated vehicle, in which a crash-proof connection of the traction battery to the body structure is made possible in a simple manner.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of
Gemäß dem kennzeichnenden Teil ist die Schweißmutter zur Reduzierung der crashbedingten Scherbelastung mit einem Schaft verlängert. Der Schweißmutter-Schaft ragt zumindest in das Blechprofilteil-Schraubloch ein. Im Crashfall wird somit der Schraubbolzen nicht mehr direkt gegen den Öffnungsrand (das heißt Beschnittkante) des Blechprofilteil-Schraubloches gedrückt, sondern vielmehr unter Zwischenlage des Schweißmutter-Schafts. Durch Bereitstellung des Schweißmutter-Schafts wird somit nicht mehr nur der Schraubbolzen-Kerndurchmesser als „Partner“ der Scherbelastung entgegengesetzt. Vielmehr wird durch Einsatz des Schweißmutter-Schafts der wirksame Schraubbolzen-Durchmesser vergrößert, der dieser Scherbelastung entgegenwirkt.According to the characteristic part, the weld nut is extended with a shank to reduce the shear stress caused by the crash. The weld nut shaft protrudes at least into the sheet metal part screw hole. In the event of a crash, the screw bolt is no longer pressed directly against the opening edge (i.e. the trimmed edge) of the sheet-metal part screw hole, but rather with the welding nut shaft being interposed. By providing the welding nut shank, it is no longer just the bolt core diameter that is the “partner” of the shear stress. Rather, the effective bolt diameter, which counteracts this shear stress, is increased by using the weld nut shaft.
In einer technischen Umsetzung kann der Schweißmutter-Schaft mit einem Überstand die, dem Gehäuseflansch zugewandte Seite des Blechprofilteils überragen. Von daher erstreckt sich der Schweißmutter-Schaft bis in den Gehäuseflansch-Durchführungskanal hinein. Im Crashfall drückt somit die Innenwand des Gehäuseflansch-Durchführungskanals nicht mehr direkt gegen den Schraubbolzen, sondern vielmehr unter Zwischenlage des Schweißmutter-Schafts.In a technical implementation, the welding nut shaft can protrude with a protrusion from the side of the sheet metal profile part facing the housing flange. Therefore, the weld nut shaft extends into the housing flange lead-through channel. In the event of a crash, the inner wall of the housing flange through duct no longer presses directly against the screw bolt, but rather with the welding nut shaft interposed.
In der Zusammenbaulage ist der Schraubkopf des Schraubbolzens gegen einen Öffnungsrandbereich des Gehäuseflansch-Durchführungskanals verspannt. Um eine einwandfreie Schraubverbindung zu gewährleisten, kann der Schweißmutter-Schaft mit seiner, dem Schraubkopf des Schraubbolzens zugewandten Schaft-Stirnseite um einen axialen Freigang vom Schraubkopf des Schraubbolzens beabstandet sein.In the assembled position, the screw head of the screw bolt is braced against an opening edge area of the housing flange duct. In order to ensure a perfect screw connection, the weld nut shaft with its shaft end face facing the screw head of the screw bolt can be spaced apart from the screw head of the screw bolt by an axial clearance.
Bevorzugt ist es, wenn die Innenwandung des Gehäuseschaft-Durchführungskanals über die Kanallänge nicht komplett einen konstanten Innendurchmesser aufweist, sondern vielmehr aufgeteilt ist in einen durchmessergroßen Kanalabschnitt und in einen durchmesserkleinen Kanalabschnitt, die an einer Ringschulter ineinander übergehen. In diesem Fall kann bevorzugt der durchmesserkleine Kanalabschnitt auf der, dem Schraubkopf zugewandten Seite in den stirnseitigen Öffnungsrandbereich des Gehäuseflansch-Durchführungskanals übergehen, gegen den der Schraubkopf des Schraubbolzens verspannt ist. Der durchmesserkleine Kanalabschnitt gewährleistet eine ausreichend große Abstützfläche zwischen dem Schraubkopf und dem stirnseitigen Öffnungsrandbereich des Gehäuseflansch-Durchführungskanals. Der durchmessergroße Kanalabschnitt gewährleistet dagegen einen freien Radialspalt zwischen dem Schweißmutter-Schaft und der Innenwandung des Gehäuseflansch-Durchführungskanals.It is preferred if the inner wall of the housing shaft feedthrough channel does not completely have a constant inside diameter over the channel length, but rather is divided into a large-diameter channel section and a small-diameter channel section which merge into one another at an annular shoulder. In this case, the small-diameter channel section on the side facing the screw head can preferably merge into the end opening area of the housing flange through-channel, against which the screw head of the screw bolt is braced. The small-diameter duct section ensures a sufficiently large support surface between the screw head and the front edge area of the housing flange duct. The large-diameter duct section, on the other hand, ensures a free radial gap between the weld nut shaft and the inner wall of the housing flange duct.
Erfindungsgemäß sind sowohl die Innenwandung des Gehäuseflansch-Durchführungskanals als auch der Scheißmutter-Schaft mit Anschlagkonturen gestaltet, um im Crashfall eine einwandfreie Kraftüberleitung von der Traktionsbatterie in das karosserieseitige Blechprofilteil zu gewährleisten, und zwar unter weitgehend kraftfreier Überbrückung des Schraubbolzens, um ein Schraubbolzen-Materialversagen zu vermeiden.According to the invention, both the inner wall of the housing flange lead-through channel and the shank nut shaft are designed with stop contours in order to ensure a perfect transfer of force from the traction battery into the body-side sheet-metal profile part in the event of a crash, with largely force-free bridging of the screw bolt in order to cause a screw bolt material failure avoid.
Vor diesem Hintergrund kann die Axiallänge des durchmesserkleinen Kanalabschnittes kleiner bemessen sein als der axiale Freigang zwischen der Stirnseite des Schweißmutter-Schafts und dem Schraubkopf des Schraubbolzens. Der durchmesserkleine Kanalabschnitt und der axiale Freigang können bevorzugt in radialer Flucht zueinander angeordnet sein.Against this background, the axial length of the small-diameter channel section can be made smaller than the axial clearance between the end face of the weld nut shaft and the screw head of the screw bolt. The small-diameter channel section and the axial clearance can preferably be arranged in radial alignment with one another.
In diesem Fall ergibt sich ein nachfolgend beschriebener bevorzugter Crashverlauf: So kann der durchmessergroße Kanalabschnitt des Gehäuseflansch-Durchführungskanals quer zur Schraubrichtung in Anlage mit dem Außenumfang des Schweißmutter-Schafts kommen, während der durchmesserkleine Kanalabschnitt in den axialen Freigang (zwischen der Schaft-Stirnseite und dem Schraubkopf des Schraubbolzens) einfährt.In this case, there is a preferred crash course described below: For example, the large-diameter channel section of the housing flange lead-through channel can come into contact with the outer circumference of the weld nut shaft transversely to the screwing direction, while the small-diameter channel section can get into the axial clearance (between the shaft end face and the Screw head of the bolt).
Zudem kann der Außenumfang des Schweißmutter-Schafts an einer umlaufenden Außenecke in die Schaft-Stirnseite übergehen. Korrespondierend dazu kann zwischen dem durchmessergroßen Kanalabschnitt und einer Ringfläche der Ringschulter eine umlaufende Innenecke ausgebildet sein, die eine Negativform der Schaft-Außenecke bildet. In diesem Fall kann im Crashfall die Innenecke im Gehäuseflansch-Durchführungskanal die Schaft-Außenecke formschlüssig umgreifen.In addition, the outer circumference of the weld nut shaft can merge into the end face of the shaft on a circumferential outer corner. Corresponding to this, a circumferential inner corner can be formed between the large-diameter channel section and an annular surface of the annular shoulder, which forms a negative shape of the outer shaft corner. In this case, in the event of a crash, the inner corner in the housing flange lead-through channel can engage around the outer shaft corner in a form-fitting manner.
Zur Reduzierung der Scherbelastung des Schraubbolzens ist es von Bedeutung, dass ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem durchmesserkleinen Kanalabschnitt des Gehäuseflansch-Durchführungskanals mit dem Bolzenschaft des Schraubbolzens vermieden wird. Vor diesem Hintergrund kann der durchmesserkleine Kanalabschnitt um einen Radialversatz den durchmessergroßen Radialabschnitt nach radial innen überragen. Der Radialversatz kann kleiner bemessen sein als eine Wandstärke des Schweißmutter-Schafts. Von daher ist gewährleistet, dass im Crashfall der durchmesserkleine Kanalabschnitt außer Anlage mit dem Bolzenschaft des Schraubbolzens bleibt.To reduce the shear stress on the screw bolt, it is important that direct contact between the small-diameter duct section of the housing flange bushing duct and the bolt shank of the screw bolt is avoided. Against this background, the small-diameter channel section can protrude radially inward by a radial offset from the large-diameter radial section. The radial offset can be dimensioned smaller than a wall thickness of the Weld nut shaft. This ensures that in the event of a crash, the small-diameter duct section remains out of contact with the bolt shaft of the screw bolt.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Gehäuseflansch unter Zwischenlage einer Spannhülse gegen das Blechprofilteil verspannt sein, die rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die Spannhülse kann mit einer Abstützbasis auf dem Gehäuseflansch abgestützt sein, die einen hohlzylindrischen fahrzeugunteren Hülsenabschnitt aufweist, der an einer Übergangskante in einen radial nach außen ragenden umlaufenden Randflansch übergeht. Durch die Spannhülse ist der Schraubbolzen geführt. Der hohlzylindrische Hülsenabschnitt kann in Anlage mit der Innenwand des durchmessergroßen Kanalabschnitts des Gehäuseflansch-Durchführungskanals sein, während die Übergangskante und der radial nach außen abragende Stützflansch auf den, dem Blechprofilteil zugewandten Öffnungsrandbereich des Gehäuseflansch-Durchführungskanals abgestützt ist. Zudem kann die Spannhülse mit einem fahrzeugoberen Hülsenabschnitt am Öffnungsrandbereich des Blechprofilteil-Schraubloches abgestützt sein.In a further embodiment, the housing flange can be clamped against the sheet metal profile part with the interposition of a clamping sleeve, which is rotationally symmetrical. The clamping sleeve can be supported with a support base on the housing flange, which has a hollow cylindrical vehicle-lower sleeve section that merges at a transition edge into a radially outwardly projecting peripheral flange. The screw bolt is guided through the adapter sleeve. The hollow cylindrical sleeve section can be in contact with the inner wall of the large-diameter channel section of the housing flange bushing channel, while the transition edge and the radially outwardly projecting support flange are supported on the opening edge region of the housing flange bushing channel facing the sheet metal profile part. In addition, the clamping sleeve can be supported with a sleeve section on top of the vehicle at the opening edge area of the sheet-metal part screw hole.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the attached figures.
Es zeigen:
-
1 in einer perspektivischen Teilraumansicht eine Karosseriestruktur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs; -
2 eine Teilschnittdarstellung entlang einer Schnittebene yz aus der1 ; -
3 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Schraubstelle aus der2 bei normalem Fahrbetrieb; und -
4 eine Ansicht entsprechend der3 bei einem Seitencrashfall; sowie -
5 und6 jeweils Ansichten weiterer Ausführungsbeispiele.
-
1 in a perspective partial space view a body structure of an electrically operated vehicle; -
2nd a partial sectional view along a section plane yz from the1 ; -
3rd an enlarged sectional view of a screw from the2nd in normal driving; and -
4th a view corresponding to the3rd in the event of a side crash; such as -
5 and6 views of further exemplary embodiments.
In der
Wie aus der
Anhand der
In der
Wie aus der
Die Axiallänge
Nachfolgend wird der Crashverlauf bei einem Seitencrashfall beschrieben, bei dem die Traktionsbatterie
Der durchmesserkleine Kanalabschnitt
Wie aus den
In der
In der
Nachfolgend wird der Crashverlauf bei einem Seitencrashfall beschrieben, bei dem die Traktionsbatterie
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- SchwellerSill
- 33rd
- A-SäuleA pillar
- 55
- C-SäuleC pillar
- 77
- SeitentüröffnungSide door opening
- 99
- TraktionsbatterieTraction battery
- 1010th
- BodenblechteilFloor panel part
- 1212th
- MontageraumAssembly room
- 1313
- BatteriegehäuseBattery case
- 1616
- Gehäuse-SeitenwandHousing side wall
- 1515
- DeckwandTop wall
- 1717th
- BodenwandBottom wall
- 1919th
- GehäuseflanschHousing flange
- 2121
- SchraubverbindungScrew connection
- 2222
- BlechprofilteilSheet metal part
- 2525th
- SchraubbolzenBolts
- 2727
- Gehäuseflansch-DurchführungskanalHousing flange duct
- 3131
- SchweißmutterWelding nut
- 3333
- SchraubkopfScrew head
- 3535
- Schweißmutter-SchaftWeld nut shaft
- 3737
- ÖffnungsrandbereichOpening edge area
- 3939
- Schaft-StirnseiteFace of the shaft
- 4343
- durchmessergroßer Kanalabschnittlarge-diameter channel section
- 4545
- durchmesserkleiner Kanalabschnittsmall-diameter duct section
- 4949
- BolzenschaftStud shank
- 5151
- BeschnittkanteBleed edge
- 5353
- AußeneckeOutside corner
- 5555
- RingflächeRing surface
- 5757
- InneneckeInside corner
- 5959
- SpannhülseAdapter sleeve
- 6060
- fahrzeugoberer Hülsenabschnittupper sleeve section of the vehicle
- 6161
- fahrzeugunterer Hülsenabschnittlower sleeve section
- 6363
- ÜbergangskanteTransition edge
- 6565
- StützflanschSupport flange
- 6767
- ÖffnungsrandbereichOpening edge area
- EE
- FahrzeugmittellängsebeneMedian longitudinal plane
- SS
- SchraubrichtungScrew direction
- LL
- LastpfadLoad path
- aa
- ÜberstandGot over
- bb
- AxiallängeAxial length
- dd
- freien Axial-Abstandfree axial distance
- ΔzΔz
- axialer Freigangaxial clearance
- ΔrΔr
- RadialversatzRadial offset
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